海洋测量学 第四章 海底地形测量.ppt

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1、第四章 海底地形测量,4.1 海图基本知识4.2 海底地形测量4.3 航行建筑物测定及扫海测量4.4 海图制作,第四章 海底地形测量,海底地形测量是测量海底地物和地貌，并将有关要素展绘在图纸上的测量工作，是陆地地形测量向海域的延伸。海底地物主要指礁石、沉船、海底障碍物及人工构筑物等天然或人工形成的各种固定物体；海底地貌指高低起伏的海底形状，包括浅滩和深沟等。测量的内容包括水下工程建筑、沉积层厚度、沉船等人为障碍物、海洋生物分布区界和水文要素等，通常要对海域进行全覆盖测量，确保详细测定测图比例尺所显示的各种地物地貌，是为海上活动提供重要资料的海域基本测量。通过海洋地形测量获得的数据可绘制海域水深

2、图、编绘海底地形图和航海图。,4.1 海图基本知识,海图是表示海洋区域自然要素和社会经济要素的地图，供航海、军事、经济建设和科学研究使用。一般按用途和内容分为下列三类：普通海图：较详细地表示海区各种自然要素和社会经济要素，具有较广泛用途的海图。按用途、内容及比例尺可分为海洋地势图和海洋地形图两种。专用海图：又称专题海图，突出表示某专题要素，供各专业单位使用，或为某种用途选择某些专题要素而制作的海图。按用途、内容还可分为海洋科研用图、工作专用图和航行参考用图三种。航海图：直接用于航海定位、保证航行安全的海图。航海图属专用性质的海图，可归入专用海图之中。,4.1 海图基本知识,航海图：直接用于航海

3、定位、保证航行安全的海图。航海图属专用性质的海图，可归入专用海图之中。航海图按用途、内容和比例尺还可分为海区总图、航行图、港湾图三种。海区总图：包括世界海洋总图、大洋总图和海区总图。航行图：供海上航行使用，比例尺一般为1：5万1：300万，较详细显示海底地貌、航行标志、航行障碍物及与航行有关的其他要素 港湾图：包括港口图、港区图、港池图、航道图、狭水道图。供进出港湾、选择驻抛锚地、研究港湾地形、进行港湾建设、进行港口管理等使用。,4.1 海图基本知识,4.1.1海图的比例尺航海总图比例尺一般为1：300万或更小，以完整显示某个海区的范围及其地理特点和航行特点为原则，必要时总图的比例尺可大于1：

4、300万。航行图比例尺一般为1：10万1：299万，其中远洋航行图为1：100万1：299万，近海航行图为1：20万1：99万，沿岸航行图为1：10万1：19万。港湾图的比例尺一般大于1：10万，可视港湾、狭水道的具体情况灵活确定。如航道和港池图常采用1：5000比例尺。,4.1 海图基本知识,4.1.2 海图投影 1:2万及更大比例尺的图，必要时可采用高斯-克吕格投影；比例尺小于1：2万的海图采用墨卡托投影。成套航海图采用统一基准纬线30，不连续的单幅图取本图中纬为基准纬线，单位取至度和分。,4.1 海图基本知识,4.1.3 海图分幅与编号航行图的分幅和编号:航行图一般采用自由分幅的方法，根

5、据需要确定图幅的具体范围。分幅的基本原则是在保证航行安全和方便使用的前提下，尽可能减少图幅的数量。分幅的具体要求是：总图要保持制图区域的相对完整，航行图要保持航线的相对完整，图幅内要有比较充分的航行区域和足够的航行目标，并尽量避免在复杂航行区域拚接邻图，港湾图应相对完整地表示出港口、海湾、海区或锚地区域，出口要有较充分的水域。,4.1 海图基本知识,4.1.3 海图分幅与编号分幅的具体要求：（1）总图要保持制图区域的相对完整，航行图要保持航线的相对完整，图幅内要有比较充分的航行区域和足够的航行目标，并尽量避免在复杂航行区域拚接邻图，港湾图应相对完整地表示出港口、海湾、海区或锚地区域，出口要有较

6、充分的水域。（2）海岸线应尽可能保持连续，图内海域面积比例适当，一般情况下，陆地面积不宜大于图幅总面积的三分之一。（3）同比例尺成套航行图相邻图幅之间的叠幅宽度一般保持在100150mm为宜，但在广阔平坦的外海区域可窄于100mm，甚至边接边。（4）图幅尽量设计成横幅，必要时可设计成直幅图。,4.1 海图基本知识,4.1.3 海图分幅与编号,4.1 海图基本知识,4.1.3 海图分幅与编号 世界海洋分为九个大区，每个大区视情况划分为59个二级区，围绕大陆顺时针方向编号，如图5-2。中国海区为“1”，下分8个二级区：渤海及黄海北部；黄海中部及南部；东海北部；东海南部南海北部沿岸至琼州海峡西口海南

7、岛沿岸及北部湾西沙、中沙群岛海域南沙群岛海域。比例尺小于1：1000万的世界总图及大洋总图用二位数字编号，按地理顺序编排。1：300万1：1000万海区总图用三位数字编号，首位数字代表海图所在大区号，后两位数字为出版序号或地理顺号。,4.1 海图基本知识,4.1.3 海图分幅与编号 比例尺大于1：300万的航行图、港湾图用五位数字分区编号第一位数字代表海图所在大区区号。第二位数字的意义：（1）“0”(0)用于该大区内1：100万1：299万的航行图（后三位为大区内的地理顺号）；（2）“1”“9”代表比例尺大于1：100万的航行图、港湾图所在的二级区区号。,4.1 海图基本知识,4.1.3 海图

8、分幅与编号 比例尺大于1：300万的航行图、港湾图用五位数字分区编号第三位为0（0）的图号，用于二级区内的1：50万1：99万的航行图，如11000、12000或11001、12002；第四位为0（0）的图号，用于二级区内1：20万1：49万航行图，如12100、12200或12101、12102。第五位为0（0）的图号，用于二级区内1：10万1：19万航行图，如34510、34520。五位数字中均不带0（）的图号，用于港湾图，当某港湾图位于另一港湾图范围内时，先编较小比例尺的，后编较大比例尺，当港湾图互不套合时，按地理顺号编排。,4.1 海图基本知识,4.1.3 海图分幅与编号,4.1 海图

9、基本知识,4.1.3 海图分幅与编号 海底地形图的分幅：以基本比例尺1：100万图为基础（1）1：100万图的分幅从0度经线起，向东以经差10度的间隔分为36列，从赤道起至北、南纬60度止，以纬差6度的间隔，各分为10行，每幅图的范围是经差10度、纬差6度。（2）1：100万图等分为4行4列共16幅1：25万图。每幅图的范围是经差230、纬差130。（3）1：25万图等分为5行5列共25幅1：5万图。每幅图的范围是经差30、纬差18。（4）非基本比例尺图的分幅，根据制图区域大小和图幅的比例尺确定，原则上一套图中各图幅应按相同的经差和纬差分幅。,4.1 海图基本知识,4.1.3 海图分幅与编号,

10、4.1 海图基本知识,4.1.3 海图分幅与编号 海底地形图的编号：海底地形图的编号采用行列编号法及数字码编号法，以阿拉伯数字前跟英文字母B（Bathymetric chart）进行编号，若制图区域位于南半球时，则在编号后加注S（South latitudes）,1：100万图编号,4.1 海图基本知识,4.1.3 海图分幅与编号 海底地形图的编号1：25万图采用6位数编号，前4位数字为该图所在1：100万图的编号，后两位数字为自然序数。自然序数的确定方法为：自1：100万图内左上角每一幅1：25万起，从左至右，从上到下依次为01、02、03、16,1：25万图的编号,4.1 海图基本知识,4

11、.1.3 海图分幅与编号 海底地形图的编号,1：5万图的编号,4.1 海图基本知识,4.1.3 海图分幅与编号 海底地形图的编号1：5万图采用8位数字编号，前6位数字为该图所在1：25万图的编号，后两位为自然序数。自然序数的编号方法为：自1：25万图内左上角第一幅1：5万图起，自左至右，从上到下依次为01、02、03、25。图中晕线所表示的图幅图号为B13060501。,1：5万图的编号,4.1 海图基本知识,4.1.3 海图分幅与编号 海底地形图的编号 非基本比例尺图的编号根据图幅的比例尺和出版序数等用7位数编号，前3位为图幅比例尺分母除以1万所得商的整数部分，商的整数部分不足3位数的，前面

12、用“0”不足3位。如1：50万图的编号前三位数为“050”，比例尺小于1：999万的图，编号的前三位数为“000”，比例尺大于1：1万的图，编号的前三位均为001，第四、五位数为该图的出版先后序数。第六、七位数为图幅在该套图中的自然序数。,4.1 海图基本知识,4.1.4 海图注记 每幅海图均应配置图名、编号、比例尺、投影说明、资料使用截止时间、出版机关等标题内容。图名 基本比例尺海底地形图，图名以海区名称统一命名，如“东海海底地形图”；非基本比例尺海底地形图，以所表示的地理区域名称命名，如“珠江口海底地形图”。航海图图名应确切表明图幅的范围或包括的主要航线,4.1 海图基本知识,4.1.4

13、海图注记 图名：（1）总图以海洋区域名称命名，如“渤海及黄海北部”。（2）航行图一般用图内较重要的海域地名作起讫名来命名，如“汕头港至碣石湾”。邻接图最好用叠幅处的地名作图名，使图名相互衔接，如“烟台港至石岛港”、“石岛港至乳山口”。当航行图包括的地理单元相对完整时，也可以区域命名，如“长江口附近”。（3）港湾图一般以其表示的港湾、锚地、水道、岛屿等命名，如“秦皇岛港”、“石城列岛”。当港湾图表示的使一狭长区域时，也可采用两个地名作为起讫点来命名，如“吴淞口至高桥港”。,4.1 海图基本知识,4.1.5 地貌符号等高线和等深线 测量工作中常用等高线或等深线来表示地貌。等高线是地面上高程相同的相

14、邻各点所连接而成的闭合曲线。等深线是深度基准面下深度相同的相邻各点所连接而成的闭合曲线。,4.1 海图基本知识,4.1.5 地貌符号等高线和等深线,4.1 海图基本知识,4.1.5 地貌符号等高线和等深线 等高距和等高线平距：,i：坡度h：等高距d：等高线平距,4.1 海图基本知识,4.1.5 地貌符号等高线和等深线 等高线的分类（1）首曲线：在同一幅图上，按规定的基本等高距描绘的等高线称为首曲线，也称基本等高线。它是宽度为015mm的细实线。（2）计曲线：凡是高程能被5倍基本等高距整除的等高线，称为计曲线。为了读图方便，计曲线要加粗（线宽03mm）描绘。（3）间曲线和助曲线：当首曲线不能很好

15、地显示地貌的特征时，按二分之一基本等高距描绘的等高线称为间曲线，在图上用长虚线表示。有时为显示局部地貌的需要，按四分之一基本等高距描绘的等高线，称为助曲线，一般用短虚线表示。,4.1 海图基本知识,4.1.5 地貌符号等高线和等深线 等高线的特性1）同一条等高线上各点的高程相等。2）等高线是闭合曲线，如果不在本幅图内闭合，则必在图外闭合3）除在悬崖和绝壁处外，等高线不能相交也不能重合4）等高线的平距小，表示坡度陡，平距大表示坡度缓，平距相同表示坡度相同。5）等高线与山脊线、山谷线都正交。,4.1 海图基本知识,4.1.5 地貌符号等高线和等深线,4.2 海底地形测量,4.2.1 海底地形测量前

16、的准备工作1.测深水域的确定 在进行海底地形测量前，需确定要测量水域的范围。通常应用陆地控制点，采用常规陆地测量方法，测取需测深海域和海滩外围的范围。也可以先测定海岸及沿海地形图。这样，就可以圈定测深线布设的范围和设计测量方法。也可以实现海洋地形和陆地地形的拚接。,4.2 海底地形测量,4.2.1 海底地形测量前的准备工作2.测深线的布设 测深线又称计划线，是测量仪器及测量仪器载体的计划探测路线。测深线可以分主测深线、补充测深线和检查测深线。,4.2 海底地形测量,4.2.1 海底地形测量前的准备工作 测深线的间隔测深线的间隔是主要根据对所测海区的需求、海区的水深、底质、地貌起伏的状况，以及测

17、深仪器的覆盖范围而定的。国内外具体处理方法一般有两种：一种是规定图上主测深线的间隔为10mm的情况下，根据上述原则确定海区的测图比例尺；另一种是根据上述原则先确定实地上主测深线的间隔，再取其图上相应的间隔，如 6 mm、8mm、10 mm，最后确定测图比例尺。,4.2 海底地形测量,4.2.1 海底地形测量前的准备工作 测深线的间隔（我国）港地以及一些面积较小但较重要的岛屿周围，以1：5000比例尺施测；港湾、锚地、狭窄水道、岛屿附近及其他有较大军事价值的海区，以l：10000比例尺施测；开阔的港湾、地貌较复杂的沿岸海区及多岛屿海区，以1：25000比例尺施测等。,4.2 海底地形测量,4.2

18、.1 海底地形测量前的准备工作 测深线的间隔（单波束测深仪测线间隔）,4.2 海底地形测量,4.2.1 海底地形测量前的准备工作 测深线的布设方向布设原则：有利于完整地显示海底地貌有利于发现航行障碍物有利于工作,4.2 海底地形测量,4.2.1 海底地形测量前的准备工作 测深线的布设方向测深线垂直于水流方向 测深线与水流轴线成 45方向 测深线成辐射线方向,4.2 海底地形测量,4.2.1 海底地形测量前的准备工作 测深线的布设方向,4.2 海底地形测量,4.2.1 海底地形测量前的准备工作 测深线的布设方向：补充测深线主要用于局部重要海域的加密测深和对礁石、沙嘴、沉船等的探测,4.2 海底地

19、形测量,4.2.1 海底地形测量前的准备工作 导标放样为了使测量船能沿着所设计好的测深线方向航行，通常在岸上沿测深线方向设立两个导标（一般用两不同颜色的大旗），以指示测量船航行。布设导标时，可借助岸边的控制点用极坐标或用罗盘仪测定导标位置。,4.2 海底地形测量,4.2.2 海底地形测量野外工作 海底地形测量野外工作主要包括：海底地形点三维数据的采集 水位观测,4.2 海底地形测量,4.2.2海底地形测量野外工作 海底地形点的数据采集 海底地形测量时，测深船以均匀的速度行驶在测深线上，并按照规定的间距或时间间隔进行水深测量和确定点的平面位置。其中地形点的平面坐标通过测深船的定位获得，水深数据通

20、过测深仪测深获得。,4.2 海底地形测量,4.2.2 海底地形测量野外工作 水位观测 1）观测时间水位观测的时间间隔，视测区水位变化大小而定，当水位日变化量10cm时，每次测深前、后各观测一次，取平均值作为测深时的工作水位。在常驻潮汐影响的水域，一般每隔 10min30min观测一次水位。测深时的工作水位，根据测深记录纸上记载的时间内插求得。另外当测区有显著的水面升降时，应分段设立水尺进行水位观测。,4.2 海底地形测量,4.2.2 海底地形测量野外工作 水位观测 2）观测方法为保证观测精度，应使观测视线尽量平行于水面，每次均应读出相邻波峰与波谷的水位各两次，取其平均值作为最后结果。水位一般读

21、至厘米，水急浪高海域可适当放宽。测区附近若有水文站，可将观测时间与水文站水位观测资料一致，按规定时间观测。,4.2 海底地形测量,4.2.3 数据处理(1）将同一天观测的位置和水深数据汇总，然后逐点（或旗号）核对，对于遗漏的测点或记录不全的测点应及时组织补测。（2）根据水位测量成果进行水深改正（包括仪器改正、声速改正、动态吃水改正和水位改正），并计算各测点的高程。(3）在图纸上展绘各控制点和各测点的位置，并注记相应的高程。（4）根据各测点的高程，勾绘海底等深线，提供完整的海底地形图。,4.2 海底地形测量,4.2.3 数据处理 水位改正在海底地形测量中，测点的高程等于工作时的水位减去水深。同一

22、瞬间的水面是起伏不平的，严格地讲，每个测点的高程应该用测量该点时的工作水位计算。但在实际工作中，只能在有效控制范围内，采用有关观测站的水位资料进行水位改正，其误差不超过测深精度；如超过有效控制的范围，则要用相邻两个水位站的观测资料内插得到的工作水位进行水位改正。,4.2 海底地形测量,4.2.3 数据处理绘制海底地形图或海道断面图 目前海底地形成图都采用数字化成图的方法,4.3 航行建筑物测定及扫海测量,4.3.1 航行建筑物探测 航行障碍物探测的主要方法有单波束测深仪加密探测、侧扫声呐探测、多波束探测等，具体实施仍然要按照海道测量规范进行。各种障碍物位置，必须至少有一个多余观测，其位移不得大

23、于5m，取中数作为其位置。明礁及干出礁的高度（高程）应登礁测定，干出礁的干出高度也可观测适淹时间测定，同时测定其范围。,4.3 航行建筑物测定及扫海测量,4.3.1 航行建筑物探测 特殊深度按水深变化率分为三级：弱级1020，中级2030，强级30以上。对特殊深度及浅地的探测，应在已测资料的基础上，首先进行搜索探测（即以特殊深度为中心，布设三四条相互交叉或平行的测深线），以大体探明其延伸范围及判断更浅水深的走向。如发现有更浅水深，应继续探测，确定最浅水深和位置。暗礁，指中级以上且深度小于20 m的孤立礁石，必须进行加密或放大比例尺探测。,4.3 航行建筑物测定及扫海测量,4.3.2 扫海测量

24、扫海的目的是进一步查明海区航行障碍物的情况，并确定船只安全航行的深度。海底地形一般来说要比陆地地形平坦一些，但是也存在浅滩、礁石等特殊地貌和沉船、沉雷、钻井遗留下来的钢管等地物。这些障碍物在浅海尤其多，而且对船舶航行危险性特别大。但目前水深测量只是沿测线测取水深数据，测线间的这些障碍物很容易被遗漏，所以在多障碍物的航道区域，通常需要进行扫海测量。,4.4 海底地形成图,4.4.1 等深线的绘制 海底地形图的表现形式一般可分为二维等深线图和三维海底地形立体图，绘制等深线图和海底地形立体图是数字地面模型 DTM（Digital Terrain Models）数据文件的一个具体应用，也是对DTM数据

25、文件正确性、合理性的一个检验。这里需要说明的是，等深线图虽不是海底地形图，但是主要差别仅高程起算面不同，二者绘制方法基本上是一致的。,4.4 海底地形成图,4.4.1 等深线的绘制 自动绘制等深图常用方法主要有两种，一是三角形法，二是网格法 网格法绘制等深线分为在网格边上求出等值点，追踪等值点和连接并光滑等值点连线。1.网格的划分和等值点的计算 2.等值点的追踪 3.等值线的搜索,4.4 海底地形成图,4.4.2 自动绘制海底地形立体图海底地形立体图是指海底地形立体透视图。透视立体图具有符合视觉印象、空间立体感强、形象逼真等优点。绘制海底地形立体图，通常采用透视变换原理的连续断面法来绘制。其基本思想是进行坐标的透视变换，即完成三维空间坐标到二维平面坐标系统的线性变换。其次是消去隐藏线，即处理由于前面物体遮挡而无需画出的图形。,